铁观音茶园土壤酸化与交换性镁的现状

穆 聪，黄梓璨，苏 达，苏火贵，陈燕华，吴良泉*

（1.福建农林大学资源与环境学院，福建 福州 350002；2.福建农林大学国际镁营养研究所，福建 福州 350002；3.福建农林大学农学院，福建 福州 350002；4.安溪县土壤肥料技术推广站，福建 泉州 362400；5.泉州市农业农村局，福建 泉州 362000）

镁是茶树正常生长发育所必需的中微量元素，参与了包括有效光合同化、糖类合成与转运以及活性氧代谢等多个生理过程［1］，对茶树的产量形成和品质提升具有重要意义。商虎［2］、侯玲利［3］在茶园施用镁肥后，茶叶产量和茶芽密度均显著增加，并且提高了叶片厚度和着叶数。阮建云等［4］研究发现，施镁后茶叶中的游离氨基酸、茶多酚、咖啡碱含量都有显著提升，尤其对香气物质橙花叔醇有明显改善，有利于提高茶叶品质。然而，由于我国茶园主要分布在长江以南的丘陵、山区和半山区的红、黄壤上，受到特殊生物气候条件的影响，土壤呈酸性或强酸性条件，镁离子淋失严重，茶园土壤缺镁的现象极其普遍［5］。阮建云等［6］对我国茶叶主产区的7省287个土壤样品分析表明，茶园土壤缺镁（土壤交换性镁含量低于40 mg·kg-1）的比例达到了60%左右，且土壤交换性镁自北向南呈现逐渐降低的趋势。土壤镁供应不足已成为我国茶叶产业绿色发展中亟需解决的关键问题。

20世纪末，苏、浙、皖三省茶园土壤pH低于4.0的比例达到43.9%［7］，进入21世纪，我国13个省市主要茶区的茶园土壤调查结果显示，茶园土壤pH低于4.5的比例超过72.3%［8］，且我国茶园土壤pH平均每年下降0.05个单位［9］，可见我国茶园土壤酸化日趋严重。土壤酸化速度加快，其主要原因与氮肥过量施用以及植物对碱性阳离子的吸收带走和淋失有关［10］。李丹萍等［11］进行土壤淋洗模拟实验中发现，在酸化的土壤上镁的形态活跃，更容易淋失；姚利鹏等［12］在水稻上的研究也表明，土壤酸化会导致镁离子流失，并最终降低作物产量，这表明土壤酸化可能是影响镁在土壤中有效性的重要因子。因此，明确土壤酸化对土壤交换性镁的影响对解决茶园缺镁问题具有重要的指导意义。

福建省安溪县作为我国重点产茶县之一，茶园的肥料投入在省内居于前列，长期过量施肥造成的茶园土壤酸化已成为茶园的普遍性问题［13］。然而，作为典型的乌龙茶产区，当前安溪茶园土壤严重酸化状况如何？对茶园土壤的交换性镁有何影响？仍缺乏定量化的研究和报道。本文以安溪县茶园土壤的酸化状况及其对土壤交换性镁的影响进行定量化研究，为茶园科学施用镁肥提高茶树镁营养提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

安溪县是铁观音茶叶生产第一大产区，位于东经117°36′～118°17′，北纬24°50′～25°26′，地处戴云山脉向东南延伸部分，地势自西北向东南倾斜，西北部地势高峻，平均海拔在700 m以上；东南部地势相对较平缓，平均海拔在500 m。年均气温19～21℃，年降水量在1400～1800 mm，主要集中在6～8月份，属于亚热带季风气候。茶园的主要土壤类型为红壤、黄壤和黄红壤。

1.2 土壤样品采集

在安溪县感德镇、虎邱镇、祥华乡等22个产茶乡镇选取具有代表性的茶园进行土壤样品采集。采用“S”型混合采样法，在取样茶园采集5～8个点，混合成一个样，并利用GPS对取样点定位，共采集土壤样品297个。采回的土壤通过四分法筛分至适合土量，经阴凉风干后，研磨过0.85 mm筛备用。

1.3 测定方法

土壤pH采用电位法测定，水土比2.5∶1；土壤交换性镁含量采用1 mol·L-1中性醋酸铵溶液浸提，通过原子吸收分光光度计测定［14］。

1.4 数据处理

采用Excel 2016、SPSS 21.0、SigmaPlot 12.5和Arcgis 10.2软件进行统计分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 茶园土壤酸化状况

采集的297个取样茶园的土壤样品中，pH值的变幅在3.2～6.7之间，平均值为4.3，是典型的酸性土壤，变异系数为14.7%，属于中等变异。其中，土壤pH小于4.0的土壤占了35%，pH在4.0～4.5的样品占33%，pH在4.5～5.5的土壤占了28%，pH>5.5的土壤占4%，结果显示土壤pH值低于4.5的土壤占调研总数的68%（表1，图1）。这表明茶园中土壤酸化的情况非常严重。

表1 茶园土壤pH、交换性镁描述性统计（n=297）

图1 茶园土壤pH频率分布

2.2 茶园土壤交换性镁状况

表1 中可以看出，在安溪县采取的297个茶园的土壤样品中，交换性镁含量的变幅在1.0～79.0 mg·kg-1之间，土壤交换性镁含量的平均值为23.7 mg·kg-1，变异系数为80.6%，属于强变异，表明土壤交换性镁在茶园土壤中的分布极不均衡，各地茶园中土壤交换性镁相差非常大且平均镁含量较低。在图2中可以看出调研取土的297个样品中，交换性镁含量小于20.0 mg·kg-1的土壤占了56%，20.0～40.0 mg·kg-1的样品占26%，土壤交换性镁含量大于40.0 mg·kg-1的土壤仅占18%，结果显示交换性镁含量小于40.0 mg·kg-1的土壤占82%。这表明，在茶园土壤中镁的分布极不均衡且茶园交换性镁含量较低。

图2 土壤交换性镁含量频率分布

2.3 土壤pH与交换性镁的关系

由图3可以看出，茶园土壤交换性镁含量随pH的降低而显著降低。将土壤pH分为5组，分别是≤4.0、4.0～4.5、4.5～5.0、5.0～5.5和>5.5。当pH>5.5时，土壤交换性镁含量最高，平均为49.1 mg·kg-1；而随着pH降低到5.0～5.5时，土壤交换性镁含量降低为41.6 mg·kg-1；pH下降到4.5～5.0时，土壤交换性镁含量进一步降低为29.6 mg·kg-1；相应地，当土壤pH为4.0～4.5和≤4.0时，土壤交换性镁含量分别只有21.3和15.3mg·kg-1。

图3 不同土壤pH区组的交换性镁含量

2.4 茶园土壤pH和交换性镁的空间分布特征

在地理位置上，以大坪乡、虎邱镇、尚卿乡、湖上乡、剑斗镇作为安溪县东西部的分界线。从图4中可以看出，在安溪县土壤酸化主要集中在中西部地区，西部地区的土壤pH较东部地区更低，大部分区域的土壤pH在4.0～4.5之间，其中感德镇中部、长坑乡北部以及桃舟乡西北部的土壤pH甚至低于4.0。由西向东，土壤pH逐渐提高，分界线往东的乡镇土壤pH普遍高于4.5。

安溪县土壤交换性镁呈现出的空间分布规律与pH相似（图4），同样是以大坪乡、虎邱镇、尚卿乡、湖上乡、剑斗镇作为分界线，东西两侧表现出不同的交换性镁分级。安溪县的西部区域较东部区域交换性镁更低，多数乡镇的交换性镁在15.0～30.0 mg·kg-1范围内，包括桃舟乡、感德镇、长坑乡、芦田镇、西坪镇等；而低于15.0 mg·kg-1的区域集中在福田乡、感德镇北部以及祥华乡北部。东部区域包括龙门镇、官桥镇、蓬莱镇、湖头镇东部、金谷镇北部以及尚卿乡东南部，交换性镁高于30.0 mg·kg-1；而安溪地理位置的最东端参内乡、魁斗镇以及金谷镇南部的交换性镁在15.0～30.0 mg·kg-1之间（表2）。

表2 安溪县各乡镇土壤pH、交换性镁

3 讨论

茶树具有喜酸特性，适合生长于pH范围在4.5～5.5之间的土壤环境中，当土壤pH过低时，会造成茶树根尖萎缩，导致地下部对氮、磷、钾等养分的吸收能力下降，进而影响茶叶生产［15］。本研究中，68%的茶园土壤pH低于4.5，与过去20～30年相比，酸化比例增加了22%［16］，与陈敬慈等［17］、苏火贵［18］的研究结果相似。其原因可能是由内源酸化因子和外源酸化因子的共同作用所引起。其中，内源酸化因子是茶树自身的物质循环和根系分泌物作用对土壤造成酸化［19］；而外源因素，如过量化肥投入、酸沉降和酸雨等还会进一步加剧这种酸化效应［20-21］。其中茶园肥料投入可能是影响茶园土壤酸化的重要因素之一［22］。Tong等［23］研究表明肥料的过量投入，尤其是氮肥的大量投入显著加剧了铵态氮的硝化和矿化过程，通过加速氢离子释放，最终导致土壤酸化的加快。安溪县茶园氮素年平均投入量达到509.4 kg·hm-2，将近46.4%施氮量超过450 kg·hm-2，土壤氮素富集情况严重［24］。Yang等［25］研究表明茶园大量施用氮肥，会产生更多氢离子将土壤中的盐基阳离子置换到土壤溶液中，导致盐基阳离子容易伴随NO3

图4 安溪县土壤pH、交换性镁空间分布

-淋失出茶园，从而加剧土壤酸化。可见土壤pH过低会导致土壤镁有效性的降低而影响茶叶的产量和品质。

本研究表明，安溪茶园82%的土壤样品呈交换性镁缺乏（<40.0 mg·kg-1），其中超过50%呈现极缺的状态（<20.0 mg·kg-1）［26］。这与前人的研究结果相似，例如，朱永兴等［5］对南方红黄壤茶园的调查，以及苏火贵［27］对福建茶叶主产县的调查也均显示土壤有效镁呈普遍缺乏状态。而土壤酸化是影响土壤镁有效性及其空间分布的重要影响因素（图3和图4）。土壤酸化后，会导致茶园土壤中正电荷增加，显著降低对盐基阳离子的吸附力，使土壤中盐基离子更容易淋失［28］，镁作为土壤胶体中主要的阳离子，与其它阳离子（Na+、K+、Ca2+）相比，镁离子拥有更大的水合半径，负电荷对它的吸引力弱，导致镁在土壤中的淋失风险更大［29］。同时由于安溪茶园处于亚热带地区，气候湿热，降雨量大，致使土壤中的淋溶作用强，镁离子淋洗损失严重。本研究中，安溪县西部山区的土壤pH和交换性镁均呈现较低的趋势（表2和图4），该区域海拔高，也是铁观音的优势产区，种茶历史悠久，因而茶园酸化和土壤镁缺乏的状况也更加突出。因而，生产中应重视茶园酸化中土壤镁缺乏的问题，补充镁肥实现铁观音茶业的健康发展。

4 结论

安溪铁观音茶园土壤酸化严重，有68%的茶园土壤pH低于4.5；土壤交换性镁缺乏也非常突出，土壤交换性镁低于适宜值（<40 mg·kg-1）的样本占到82%。随着土壤pH值的降低，土壤交换性镁呈现逐步降低的趋势。在生产中应重视土壤酸化而伴生的土壤镁缺乏问题，控制氮肥用量减缓土壤酸化的趋势，同时应补施镁肥改善茶园的镁营养以确保茶叶优质高效生产。